王 欽

（海城市水資源水工程管理處，遼寧 海城 114200）

海城市葦子溝水庫安全評價探究

王 欽

（海城市水資源水工程管理處，遼寧 海城 114200）

文章對海城市葦子溝水庫安全進行了分析與評價，結(jié)果表明大壩結(jié)構穩(wěn)定，安全性評價為C級，滲流性態(tài)評價為C級，水庫大壩屬三類壩，為病險水庫大壩，建議應立即安排資金進行除險加固工程建設，確保水庫安全運行。

水庫；大壩安全；問題分析；綜合評價；建議

1 工程概況

葦子溝水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫主要是以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖、供水等綜合利用的水庫。水庫工程規(guī)模屬于?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。目前，水庫經(jīng)過多年運行，加上冬季氣溫較低，經(jīng)過反復凍融破壞，風化巖堆積加劇，工程存在老化等諸多病害隱患。

2 工程質(zhì)量評價

葦子溝水庫大壩、溢洪道、輸水洞在運行中已暴露出不同程度的質(zhì)量問題，如溢洪道未作任何襯砌，巖石節(jié)理裂隙甚多，溢洪較大時會有局部輕度沖刷、坍塌現(xiàn)象。輸水洞出現(xiàn)裂隙和嚴重漏水等問題。葦子溝水庫在運行中已暴露出嚴重的質(zhì)量問題，影響了工程安全，故認為工程質(zhì)量不合格［1］。

3 水庫大壩運行管理綜合評價

葦子溝水庫存在的問題較多，由于管理制度不是很完善，使得葦子溝水庫在現(xiàn)有的條件下，所發(fā)揮的各項效益都受到了一定限制，因此將葦子溝水庫大壩運行管理評價為一般。

4 防洪標準復核

4.1 洪水標準復核

此次進行各種標準計算時，采用無資料地區(qū)設計暴雨計算方法，本流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過程大部分在1 d之內(nèi)，最長可達3 d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪河流。一次降水即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型。通過計算可以看出原設計與復核所分析的葦子溝水庫設計洪水成果兩者基本一致。兩頻率的原設計洪水過程線和本次復核的設計洪水過程線經(jīng)過對比，可以看出洪水總量兩者比較接近。葦子溝水庫設計洪水計算成果見表1。

表1 葦子溝水庫典型頻率設計洪量表

通過以上分析，本次復核的設計洪水與原設計洪水兩者在設計洪量的計算方法有所不同，經(jīng)對比，兩者相差無幾。建議采用本次復核的設計洪水結(jié)果。

4.2 水庫標準復核

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2000）規(guī)定，水庫工程規(guī)模屬于?。?）型水庫，葦子溝水庫現(xiàn)狀工程規(guī)模為：工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為 4級。水庫的設計標準是50 a一遇，校核標準是500 a一遇?，F(xiàn)水庫實際的控制運用條件為超過防洪限制水位19.17 m時自由泄流。本次大壩安全評價中防洪限制水位仍采用19.17 m。輸水洞不參加調(diào)洪計算。水庫調(diào)洪計算采用簡易調(diào)洪方法，推求出各頻率洪水所對應的庫容、最大泄量。葦子溝水庫洪水調(diào)節(jié)計算成果見表2。

表2 葦子溝水庫典型頻率設計調(diào)洪演算成果

通過葦子溝水庫本次復核計算表明：水庫在各設計標準情況下，水庫的相應防洪庫容、最高洪水位、最大下泄流量均較原設計值小，能夠滿足防洪的要求。

4.3 溢洪道現(xiàn)狀分析

溢洪道在大壩的左側(cè)，為河岸開敞式，系在弱風化巖石上開鑿而成，未作任何襯砌，巖石節(jié)理、裂縫甚多，溢洪較大時曾有局部沖刷，坍、塌現(xiàn)象。寬頂堰凈寬18 m，堰頂高程19.17 m，下游未作消能設施，因此溢洪道泄量滿足要求［2］。

4.4 壩頂高程復核

葦子溝水庫多年最大平均風速達20 m／s，根據(jù)大壩洪水標準復核后的各種特征水位，按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274—2001）的規(guī)定水庫運用方式，復核壩頂高程。分別按以下兩種運用情況計算，取其最大值：設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高。計算公式：

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，m。

經(jīng)計算：設計洪水位為d＝21.62 m。校核洪水位d＝21.98 m。大壩現(xiàn)狀壩頂高程為22.00 m，防浪墻頂高程為23.10 m，高于計算出的最大壩頂高程，即現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

4.5 防洪標準復核結(jié)論

葦子溝水庫原大壩防洪標準為50 a設計，500 a校核。本次水庫大壩安全評價采用 1998年省水文局編輯《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設計暴雨洪水計算方法》對設計洪水復核，復核后設計洪水位為20.76 m，相應 庫 容 為 82萬 m3；校 核洪 水 位 為21.12 m，相應庫容為90.04萬 m3，均較原設計值低。本次大壩安全評價計算壩頂高程低于現(xiàn)狀壩頂高程。溢洪道最大泄量75 m3／s，滿足最大設計洪水時安全下泄。綜上所述，葦子溝水庫大壩防洪安全性分級為A級。

5 結(jié)構安全評價

5.1 地震裂度復核

依據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》（GB18306—2001），本地區(qū)地震動峰值加速度為0.1 g，對應的葦子溝水庫壩址區(qū)場地地震基本烈度為Ⅶ度，根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》（SL258—2000），地震烈度≥7°的工程必須進行抗震復核，葦子溝水庫攔河壩、溢洪道、輸水洞等部分的設計地震烈度均為 J＝7°，符合地震烈度 Jc＝7°。

5.2 土壩變形分析及評價

由于土壩運行沒有具體的沉陷和位移觀測資料記載，并且水庫運行40多年來未發(fā)現(xiàn)異常的變形裂縫產(chǎn)生。根據(jù)本次勘察地質(zhì)報告表明，庫區(qū)地形和地質(zhì)條件沒有發(fā)生大的變化，因此本次復核不進行變形分析。安全評價認為土壩沉降和變形狀態(tài)達到穩(wěn)定。

5.3 土壩邊坡穩(wěn)定復核

葦子溝水庫為黏土心墻壩，壩頂高程22.45 m，壩頂寬4 m，上游壩坡坡比為1∶2.5，下游壩坡坡比為1∶2.5，大壩長290 m。心墻頂高程21.45 m，頂寬3 m，用鑿槽接高心墻。大壩上游坡用干砌塊石保護，下游坡用草皮保護。壩頂鋪砂礫石、風化山皮砂20～30 cm，并形成靠防浪墻的一側(cè)高些，而逐漸向背水坡降低的有利于排水的形式。

穩(wěn)定計算方法根據(jù)規(guī)范（SL274—2001）規(guī)定，采用簡化畢肖普法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。邊坡穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設計研究院的《理正巖土工程計算分析系列軟件》，穩(wěn)定計算成果見表3。

由表3可以看出，在各種工況下，土壩下游邊坡穩(wěn)定計算安全系數(shù)均小于規(guī)范允許的安全系數(shù)，所以土壩的邊坡在上述工況下是不穩(wěn)定的。

5.4 溢洪道安全評價

溢洪道未設任何防滲排水設施，從現(xiàn)場觀測可以看出，溢洪道下游陡坡面上有多處水出溢點，其高程接近現(xiàn)階段庫水位，且底部消力池常年積水，說明溢洪道地基有滲漏問題，如果葦子溝水庫考慮供水要求，將長期在高水位運行，則滲漏現(xiàn)象較現(xiàn)階段更加嚴重。

表3 土壩穩(wěn)定計算成果表

5.5 輸水洞安全評價

輸水洞為壩下埋鋼筋混凝土方形洞，洞徑為

0.7 m×1.2 m，洞長48 m，進口高程13.8 m。輸水洞進口處設平板閘門，出口處也設平板閘門。輸水洞輸水能力復核采用《中小型水庫設計》有壓管道恒定流公式進行計算。計算公式：

經(jīng)計算，輸水管道在校核洪水位（21.12m）時流量為6.4 m3／s，大于要求給水能力5 m3／s，輸水能力能夠滿足供水需求。由于年代已久，水庫最初的設計資料已全部丟失，但通過對現(xiàn)場的檢查，輸水洞并沒有發(fā)現(xiàn)大的裂縫，故認為輸水洞滿足受力條件。

以上計算分析說明，輸水洞基本能夠滿足設計運行要求，但存在安全隱患，需采取有效措施，解決洞身漏水和閘門漏水等問題。綜上所述，本次安全評價，將輸水洞結(jié)構安全評價定為 B級。建議對輸水洞進行防滲和裂縫處理，并改建工作橋和啟閉機室。

5.6 安全評價結(jié)論

葦子溝水庫大壩下游抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，安全評價定為 C級；溢洪道下游導墻不穩(wěn)定，危及水庫行洪安全，而且底板破損嚴重，基礎滲漏嚴重，結(jié)構安全評價定為 C級；輸水洞基本能夠滿足設計運行要求，結(jié)構安全評價定為 B級。

6 土壩滲流安全評價

6.1 大壩滲流安全評價

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274—2001）規(guī)定，對土壩采用流體力學有限元法進行數(shù)值計算，大壩滲流安全評價結(jié)論為主壩滲流穩(wěn)定，滲流性態(tài)基本安全，定為B級。建議在后續(xù)工作中進一步查明右岸壩肩部位的滲漏的可能性并采取適當?shù)奶幚泶胧?，以滿足水庫蓄水的要求，并對防浪墻脫落部分和裂縫進行處理。

6.2 溢洪道滲流安全評價

由于本水庫沒有進行過鉆探，故無法從鉆探資料上確定溢洪道的滲漏量，但從現(xiàn)場觀測可以看出，溢洪道下游陡坡面上具有多處水出溢點，其高程接近現(xiàn)階段庫水位，且底部消力池常年積水，說明溢洪道地基具有較嚴重的滲漏問題，應采取防滲措施進行處理。結(jié)論為溢洪道滲流安全評價為 C級。

7 抗震安全復核

葦子溝水庫攔河壩、溢洪道、輸水洞等部分的設計地震烈度均為 J＝7°，符合地震烈度 Jc＝7°。由復核計算成果得出：土壩邊坡的抗震穩(wěn)定計算結(jié)果不滿足規(guī)范要求且無有效抗震措施；水庫壩基不存在地震液化的可能性。其抗震安全等級屬于 C級。

8 金屬結(jié)構安全評價

葦子溝水庫金屬結(jié)構部分安全的主要內(nèi)容為輸水洞進口工作閘門、出口平板閘門及啟閉機。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)輸水洞進口工作和出口工作閘門的操作室破損嚴重；啟閉機電動部分丟失，無電源；工作閘門漏水嚴重。閘門年久失修，磨損銹蝕嚴重無法正常使用，影響工程的正常運用。同時閘門和啟閉機早以超過使用年限，需要更新。通過現(xiàn)場檢查可以將葦子溝水庫輸水洞金屬結(jié)構安全評價評定為 C級。建議更新閘門和啟閉機。

9 安全綜合評價與建議

9.1 大壩安全綜合評價

根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》（SL258—2000），為確保大壩安全，對三類壩采用一票否決的辦法，即只要有一項為C級，便定為三類壩，葦子溝水庫攔河壩結(jié)構安全、溢洪道結(jié)構安全和滲流安全、金屬結(jié)構安全評價為C級，且工程質(zhì)量評價為不合格，因此將葦子溝水庫大壩定為三類壩，屬病險水庫大壩。

9.2 建議

葦子溝水庫大壩為三類壩，屬病險水庫大壩，應立即安排資金進行除險加固，確保大壩安全運行。

［1］榮林意，宋書亭，羅賽虎.高山水庫安全評價［J］.水利科技與經(jīng)濟，2008（09）：740－742.

［2］曾貞志.老園水庫大壩安全鑒定綜合評價［J］.黑龍江水專學報，2007（01）：30－34.

TV697.3

B

1007－7596（2015）03－0077－03

2014－12－17

王欽（1972－），女，遼寧海城人，工程師。